研究テーマ：天然ガスコージェネエンジンシステムの高度化
コージェネレーション（熱電併給）設備に使用される天然ガスエンジンは，熱効率向上（CO2低減），低回転高負荷時のプレイグニッションやノッキングの発生抑制，最大出力向上などが課題となっています．
本コンソーシアムでは，ノッキングの可視化と強度解析，3Dシミュレーションによる燃焼解析を行い，ノッキングの回避と高効率な副室燃焼の実現に向けた具体的諸元の提案を行いました．
↓目的 ↓期間 ↓参加企業 ↓背景 ↓内容 ↓成果 ↓論文発表 ↓口頭発表
目的
コージェネエンジンシステムの設計に必要な技術情報の提案
期間
2013年4月～2016年3月（3年間）
参加企業
正会員：5社（ガスエンジンメーカ，ガス事業者）
背景
電力供給の自立・分散・多様化が進むことが予測されており，ローカルなコージェネ設備の需要が増大している．コージェネシステムに使われるガスエンジンシステムは，天然ガスを空気過剰率2程度で過給し，副室で着火させたトーチ火炎を燃焼室内に噴出させることで燃焼を行っている．課題として，熱効率の向上（CO2低減），副室内の点火プラグの耐久性向上，低回転高負荷時のプレイグニッションやノッキングの発生抑制，最大出力の向上などが挙げられる．今後，コージェネ設備の需要の急速な拡大が見込まれ，新しい技術導入により，競争力のあるエンジンシステムの新たな開発が必要とされる．
内容
研究目標
- ノッキングの特性解析と回避手段の提案
- 「高効率副室式燃焼コンセプト」の実現に向けた要件の整理と具体的諸元の提案
実験と計測
- RCEM（急速圧縮膨張装置）：ノッキングの可視化，強度解析
- 単気筒エンジン：シミュレーション検証用データの取得
シミュレーション
- 0D，1D：理想とするエンジン仕様の検討
- 3D：副室諸元をパラメータとした副室予混合火炎の解析
技術ミーティング（研究討論会）
１～２か月毎に実施
成果
参加企業様には，研究成果報告書を提供しました．
学術講演会での口頭発表および論文発表を行いました． 以下の画像や図表は，発表済み論文および講演資料からの抜粋です．
RCEMによるノッキングの可視化
副室の噴口数が1穴では噴口近傍の壁面近傍でノッキングが発生し（写真上），2穴では燃焼室中央付近においてノッキングが発生することが観察された（写真下）．
3D シミュレーションによる燃焼解析
中心副室（左）と偏心副室（右）の火炎伝播パターンのシミュレーション結果
エネルギー収支のシミュレーション
副室のトーチ孔径×孔数をパラメータとしたシミュレーションを行った．Φ1.5×7のトーチ火炎は，燃焼期間が短く等容度が高いこと，火炎の貫徹力が弱いため火炎の壁面への接触が少なくなり熱損失が減ることで高い熱効率が得られた．
論文発表
タイトルにリンク先があるものは，無料で全文をダウンロードできます．
- 3次元数値シミュレーションによる副室式ガスエンジンの燃焼解析，保木本聖，窪山達也，森吉泰生，山田敏生，日本機械学会論文集，Vol.81, No.830, (2015)
- 急速圧縮膨張装置でのノッキング特性に及ぼす燃料性状の影響，田上公俊，地本大秀，木村貴憲，橋本淳，嶋田不美生，自動車技術会論文集，Vol.47，No.2，(2016)
- Effect of Autoignition Characteristics of Fuels on Knocking Properties, K.Tanoue, Y.Chado, T.Jimoto, T.Nomura, F.Shimada, J.Hashimoto, International Journal of Engine Research, DOI: 10.1177/1468087415601785
- 非平衡プラズマと点火，田上公俊，森吉泰生，堀田栄喜，日本燃焼学会誌，第57 巻180 号, 120-126, (2015)
口頭発表
- Combustion analysis in a natural gas engine with pre-chamber to improve thermal efficiency, Yasuo Moriyoshi, Qian Xiong, Yasushi Takahashi, Tatsuya Kuboyama, Koji Morikawa, Toshio Yamada, Masatoshi Suzuki, Kimitoshi Tanoue, Jun Hashimoto, CIMAC, World Congress 2016
- 副室構造が天然ガスエンジンの燃焼特性及び熱効率へ及ぼす影響，熊仟，高橋歩夢，高橋易資，森川弘ニ，鈴木正剛，窪山達也，山田敏生，森吉泰生，第26回内燃機関シンポジウム (2015)
- RCEMによる副室式点火の燃焼特性に関する研究，木村貴憲，地本大秀，橋本淳，田上公俊，森吉泰生，第26回内燃機関シンポジウム (2015)
- 副室式火花点火ガスエンジンの熱効率改善に関する研究，高橋歩夢，高橋易資，森吉泰生，山田敏生，窪山達也，自動車技術会関東支部2014年度学術研究講演会
- Combustion Analysis in a Natural Gas Engine with Pre-chamber by Three- dimensional Numerical Simulation, Satoshi HOKIMOTO, Tatsuya KUBOYAMA, Yasuo MORIYOSHI, Toshio YAMADA, The 4th International Conference on Micro generation and Related Technology (2015)
- 副室式ガスエンジンのサイクルシミュレータの構築，植原亮太，高橋易資，山田敏生，窪山達也，森吉泰生，自動車技術会関東支部2013年度学術研究講演会
- 低温プラズマの点火特性に関する研究，野村貴志，稲冨孝彰，田上公俊，窪山達也，森吉泰生，堀田栄喜，第53回燃焼シンポジウム (2015)
- 燃料性状がRCEMのノッキング特性に及ぼす影響，地本大秀，木村貴憲，橋本淳，嶋田不美生，田上公俊，第53回燃焼シンポジウム (2015)
- RCEMでのノッキング特性に及ぼす燃料性状の影響，地本大秀，木村貴憲，橋本淳，嶋田不美生，田上公俊，自動車技術会2015年秋季大会